基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)?jiān)O(shè)及無(wú)線通信信號(hào)處理領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道 估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[000引近年來(lái)，隨著我國(guó)高鐵發(fā)展舉世矚目，列車最高運(yùn)行速度已達(dá)到486.Ikm/h，代表 著世界先進(jìn)水平。高鐵作為國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，國(guó)家經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈和便民化的交通工具，是 衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力及交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要指標(biāo)。高鐵車地間的通信已成為當(dāng)前的一個(gè) 研究熱點(diǎn)問(wèn)題，發(fā)展?jié)M足高鐵乘客寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和面向運(yùn)行安全的檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶拵o(wú) 線通信系統(tǒng)已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)，支持第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的高鐵寬帶無(wú)線接入 r然已成為當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
[0003] 研究在超高速移動(dòng)條件下的無(wú)線信道特性是未來(lái)發(fā)展高鐵新型多媒體通信系統(tǒng) 的基礎(chǔ)，高鐵無(wú)線信道具有=大特點(diǎn)；（1)高鐵運(yùn)行場(chǎng)景豐富，歷經(jīng)地貌特征復(fù)雜多變；（2) 高鐵無(wú)線通信鏈路往往存在較強(qiáng)直射徑（LOS，lineofsi曲t)，同時(shí)在不同散射場(chǎng)景中存 在不同程度的散射分量；（3)高速移動(dòng)往往會(huì)導(dǎo)致多普勒頻移的劇烈變化，產(chǎn)生較大的頻 偏，該將會(huì)嚴(yán)重影響用戶終端的通信質(zhì)量。
[0004] 然而，目前針對(duì)高鐵無(wú)線信道所廣泛研究的廣義平穩(wěn)非相關(guān)散射（WSSUS，wide sensestationaryuncorrelatedscattering)快衰落信道具有單一的統(tǒng)計(jì)特性，該與實(shí) 際的無(wú)線通信環(huán)境不符，高鐵在不同地貌間運(yùn)行時(shí)其信道統(tǒng)計(jì)特性不斷發(fā)生變化，此類信 道呈現(xiàn)出非廣義平穩(wěn)相關(guān)散射特性。由于路損、陰影衰落、場(chǎng)景切換、多普勒頻偏等因素導(dǎo) 致時(shí)間傳遞函數(shù)為非平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程，不同時(shí)延和其相應(yīng)的多普勒存在相關(guān)性，使其擴(kuò)展 函數(shù)為非平穩(wěn)過(guò)程。
[0005]因而，結(jié)合高鐵無(wú)線信道的非廣義平穩(wěn)非相關(guān)散射特性，同時(shí)，為了更好地完成信 道的均衡和信號(hào)的解調(diào)，本發(fā)明提出了一種基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道估計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道估計(jì)方法， 該方法能夠準(zhǔn)確刻畫(huà)具有非廣義平穩(wěn)相關(guān)散射特征的高鐵無(wú)線散射信道模型。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道估計(jì)方法， 其特征在于，其包括W下步驟：
[000引步驟101，將高鐵散場(chǎng)景中的無(wú)線信道細(xì)化為甚弱散射場(chǎng)、弱散射場(chǎng)、強(qiáng)散射場(chǎng)和 甚強(qiáng)散射場(chǎng)；
[0009] 步驟102,確定高鐵各個(gè)散射場(chǎng)中其子信道的可分辨多徑數(shù)、多徑時(shí)延及多普勒頻 移；
[0010] 步驟103,根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景中發(fā)射/接收端的周圍分布散射體的物理屬性及幾何尺 寸大小，確定高鐵各個(gè)散射子信道所對(duì)應(yīng)的散射系數(shù)；
[0011] 步驟104,基于特定散射場(chǎng)景下的高鐵無(wú)線信道特征，確定單一場(chǎng)景的信道脈沖響 應(yīng)，完成相應(yīng)場(chǎng)景下的信道估計(jì)與均衡。
[0012] 優(yōu)選地，所述步驟101用T因子來(lái)描述接收端信號(hào)衰減強(qiáng)度，用Pi。,、Pw。分別表 示接收端信號(hào)中包含直射徑和散射徑所對(duì)應(yīng)的信號(hào)功率大小，定義如下式：
[001引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道估計(jì)方法，其特征在于，其包括以下步驟： 步驟101，將高鐵散場(chǎng)景中的無(wú)線信道細(xì)化為甚弱散射場(chǎng)、弱散射場(chǎng)、強(qiáng)散射場(chǎng)和甚強(qiáng) 散射場(chǎng)； 步驟102,確定高鐵各個(gè)散射場(chǎng)中其子信道的可分辨多徑數(shù)、多徑時(shí)延及多普勒頻移； 步驟103,根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景中發(fā)射/接收端的周圍分布散射體的物理屬性及幾何尺寸大 小，確定高鐵各個(gè)散射子信道所對(duì)應(yīng)的散射系數(shù)； 步驟104,基于特定散射場(chǎng)景下的高鐵無(wú)線信道特征，確定單一場(chǎng)景的信道脈沖響應(yīng)， 完成相應(yīng)場(chǎng)景下的信道估計(jì)與均衡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道估計(jì)方法，其特征在于，所述 步驟101用T因子來(lái)描述接收端信號(hào)衰減強(qiáng)度，用P 1()S、Psc;a分別表示接收端信號(hào)中包含直射 徑和散射徑所對(duì)應(yīng)的信號(hào)功率大小，定義如下式：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道估計(jì)方法，其特征在于，所述 步驟102中所述子信道為抽頭延遲線模型，統(tǒng)計(jì)出所有散射子信道的可分辨多徑數(shù)，且每 根抽頭延遲線包括每徑的時(shí)延信息、多普勒信息及空間域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道估計(jì)方法，其特征在于，所述 步驟103統(tǒng)計(jì)出實(shí)際散射場(chǎng)景中發(fā)射端和接收端周圍分布散射體的幾何尺寸大小和物理 屬性，確定各散射子信道所對(duì)應(yīng)的散射系數(shù)；散射系數(shù)的定義為該方向上產(chǎn)生相同散射功 率密度的各同向性等效散射體的總散射功率與照射面積的總?cè)肷涔β实谋戎担鋽?shù)學(xué)表示 式為：
其中，R為照射面中心到觀察點(diǎn)之間的距離，Pm為散射功率，E為散射波的電場(chǎng)，A ^為 照射面積；單次散射的散射系數(shù)為：
其中，S為散射體粗糙表面均方根高度，1?為散射波極化系數(shù)，
fPq，F(xiàn)m分別對(duì) 應(yīng)于Kirchhoff項(xiàng)及其補(bǔ)充項(xiàng)，W(n)(a，β)為n階散射體表面相關(guān)函數(shù)的粗糙譜，其表達(dá)式 為，
多次散射的散射系數(shù)表示為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道估計(jì)方法，其特征在 于，所述步驟104中，基于特定場(chǎng)景下散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道特征，用Ii1 (η)表示 在η時(shí)刻第1徑的信道沖激響應(yīng)單抽頭系數(shù)，在高鐵快衰落時(shí)變信道情況下，Ill(η) 往往呈現(xiàn)出非平穩(wěn)相關(guān)散射特性，通過(guò)以下矩陣表示多條徑的沖激響應(yīng)抽頭系數(shù)
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于散射系數(shù)的高鐵無(wú)線信道估計(jì)方法，其包括以下步驟：將高鐵散場(chǎng)景中的無(wú)線信道細(xì)化為甚弱散射場(chǎng)、弱散射場(chǎng)、強(qiáng)散射場(chǎng)和甚強(qiáng)散射場(chǎng)；確定高鐵各個(gè)散射場(chǎng)中其子信道的可分辨多徑數(shù)K、多徑時(shí)延及多普勒頻移；根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景中發(fā)射/接收端的周圍分布散射體的物理屬性及幾何尺寸大小，確定高鐵各個(gè)散射子信道所對(duì)應(yīng)的散射系數(shù)；基于特定散射場(chǎng)景下的高鐵無(wú)線信道特征，確定單一場(chǎng)景的信道脈沖響應(yīng)，完成相應(yīng)場(chǎng)景下的信道估計(jì)與均衡。本發(fā)明提高高鐵無(wú)線信道脈沖響應(yīng)函數(shù)的準(zhǔn)確性。
【IPC分類】H04L25-02, H04L25-03
【公開(kāi)號(hào)】CN104767698
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510145585
【發(fā)明人】陳鑫, 方勇, 王琛, 盛志超
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日